CN210083503U - 一种拖曳体式前缘旋转圆柱型翼带缆遥控水下潜器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种拖曳体式前缘旋转圆柱型翼带缆遥控水下潜器；其迫沉水翼采用对称翼型，对称布置在主腔体前部两侧，两旋转圆柱关于主腔体对称设置在迫沉水翼翼面前端，两旋转圆柱分别通过旋转圆柱转轴与位于主腔体内部的调速电机相连；迫沉水翼后端两侧对称设有导管螺旋桨；横向水平固定尾翼设置在主腔体尾端，横向水平固定尾翼的两端分别对称布置垂直流线型襟翼舵；每个垂直流线型襟翼舵的尾端设有襟翼，襟翼与襟翼角度控制装置连接。本实用新型通过改变迫沉水翼前端的旋转圆柱转速与转向便可高效灵活的调整迫沉水翼攻角，达到改变拖曳体垂直方向运动轨迹的目的，在此基础上，辅以双侧螺旋桨的推力方向改变，可以实现定向升沉。

Description

一种拖曳体式前缘旋转圆柱型翼带缆遥控水下潜器

技术领域

本实用新型涉及一种带缆遥控水下拖曳体，特别是涉及一种拖曳体式前缘旋转圆柱型翼带缆遥控水下潜器，可用于水下生物及理化环境探测。

背景技术

带缆遥控水下拖曳体是一种在水下考察、海底勘探、海底开发和打捞、救生等领域应用广泛的海洋设备。带缆遥控水下拖曳体通常由拖曳缆、可操纵拖曳体、轨迹和姿态控制设备、功能仪器等组成。通常由母船通过拖曳缆拖动水下拖曳体行进以及作业，在拖曳体内部可按照不同的作业要求搭载不同的监测设备，同时也可搭载水下视觉系统、声纳系统等增大水下系统的返回控制信息的多样性，在工作母船上的监测人员通过控制器对水下拖曳体进行轨迹、姿态的调整以及水下工作的实施。随着对于水下环境探测、水下考察等功能精确性要求的提高，对搭载此类探测传感器的水下拖曳体的操纵灵活性、姿态调整高效性、拖曳稳定性等方面要求也随之提高。因此，通过对水下拖曳体轨迹和姿态控制方式、其主体外形进行改进从而实现对水下拖曳体操纵的灵活性、其自身稳定性、姿态调整高效便捷性的提高是水下拖曳体能否符合高精度水下考察、海底勘探等工作作业要求的关键。

现有的可控制水下拖曳体的深度和轨迹控制大多采用改变拖曳缆长度和改变迫沉水翼攻角的方式实现。改变拖曳缆长度对深度控制较为粗糙，不能实现小范围深度调整，而在较深水域，由于迫沉水翼上表面受到的压力大，主动改变迫沉水翼攻角需要精密且坚固的机械元件，此类元件结构复杂且易损坏，维护成本较高，经济性较低。而对于水下拖曳体的外形，目前大多数基本采用仿航空飞行器外形设计，以柱形主腔体加上可调攻角的迫沉水翼组成，此类单一柱状主腔体外形其中心的柱状主体横摇、纵摇阻尼较小，在拖曳过程中容易产生较大的横摇角、纵摇角，加大了拖曳体的姿态调整操纵的难度，在进行多自由度操纵时提高了操纵难度，不容易实现多自由、垂直于拖曳方向的横向水平水下观测，对此类水下拖曳体进行控制的操纵设备结构复杂且体积较大，降低了水下拖曳体搭载相关专业科考设备的能力。

实用新型内容

本实用新型目的在于将前缘旋转圆柱型翼应用至水下拖曳体上，通过控制旋转圆柱的转速和转向来调整拖曳体升沉，提高改变迫沉水翼的攻角的操纵性，简化控制结构，同时优化主腔体的外形，提高横摇纵摇阻尼，加强拖曳体拖曳时的稳定性，实现一种控制结构简单、自稳性优良、适应性强且操纵性高的多自由度操纵的水下拖曳体。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种拖曳体式前缘旋转圆柱型翼带缆遥控水下潜器，主要由主舱体、调速电机、旋转圆柱、迫沉水翼、导管螺旋桨、电磁控制重心调节装置、垂直流线型襟翼舵、襟翼和横向水平固定尾翼组成；迫沉水翼采用对称翼型，对称布置在主腔体前部两侧，两旋转圆柱关于主腔体对称设置在迫沉水翼翼面前端，两旋转圆柱分别通过旋转圆柱转轴与位于主腔体内部的调速电机相连；迫沉水翼后端两侧对称设有导管螺旋桨；

与迫沉水翼连接的主腔体处设有电磁控制重心调节装置；所述的电磁控制重心调节装置主要由吸盘电磁铁、滑块式压载和滑杆构成；滑杆两端与主舱体外板连接，滑块式压载与滑杆活动连接，在滑杆两端各设置一吸盘电磁铁，两个吸盘电磁铁中心位于同一条直线上；

横向水平固定尾翼设置在主腔体尾端，横向水平固定尾翼的两端分别对称布置垂直流线型襟翼舵；每个垂直流线型襟翼舵的尾端设有襟翼，襟翼采用NACA对称翼型，转动轴贯穿襟翼前端与垂直流线型襟翼舵连接，襟翼可绕转动轴转动，襟翼与襟翼角度控制装置连接。

为进一步实现本实用新型目的，优选地，所述的襟翼角度控制装置主要由伺服电机、伺服电机旋转轴、转动盘、曲柄机构构成，其中曲柄机构由第一构成轴、第二构成轴和第三构成轴连接构成；伺服电机被电机支架立式固定在横向水平支撑板上，横向水平支撑板两侧焊接在主腔体内表面，伺服电机通过伺服电机旋转轴与转动盘连接，一根横向水平设置的第一构成轴一端通过连接轴与转动盘相连接，第一构成轴可绕连接轴旋转；第一构成轴的另一端通过第一固定销与第二构成轴的一端连接，第二构成轴的另一端通过第二固定销与第三构成轴一端相连，第三构成轴另一端与襟翼连接；第二构成轴中部开有一个固定孔，一固定轴上下端与横向水平固定尾翼内壁面焊接。

优选地，在横向水平固定尾翼的边板上开有方形孔，第三构成轴穿过橡胶密封块、方形孔与襟翼相连；橡胶密封块与襟翼边板相贴。

优选地，在迫沉水翼上焊接有一螺旋桨主机固定用流线体，流线体内部空腔与迫沉水翼内部空腔相连为一个整体，在内部空腔尾端内部固定有导管螺旋桨主机，导管螺旋主机通过传动轴与导管螺旋桨的桨叶相连。

优选地，在主腔体顶盖前部设置有拖曳吊环，吊环上布置有4～6个拖曳孔，拖曳孔直径为8～10mm，间距为15～18mm。

优选地，在迫沉水翼外端设置有机翼边板。

优选地，主腔体从拖曳体从顶部到底部分隔为三层，分别为浮力舱、控制设备舱以及压载舱，控制设备舱由首部到尾部分隔为第一设备控制舱、第二设备控制舱和第三设备控制舱，其中第二设备控制舱由两块钢质舱室隔板与其余两舱分隔，同时舱内上下表面有厚度为2mm的钢板贴附；在第二设备控制舱内上部设有水平隔板，其两端与主腔体外板内表面焊接，在其上焊接电机支架，调速电机利用电机支架对称固定布置在水平隔板中点位置；在第二设备控制舱底部设有电磁控制重心调节装置；在浮力舱设有襟翼角度控制装置。

优选地，所述主腔体高度450～500mm，宽度为200～220mm，长度为1300～1400mm。

优选地，所述两迫沉水翼的弦长为200～250mm,翼展为500～550mm，迫沉水翼边板尺寸比迫沉水翼前、后端分别突出10～30mm，比迫沉水翼的最大厚度的上、下两端分别突出10～30mm；旋转圆柱的直径为20～25mm，长度为400～450mm；旋转圆柱转轴的直径为 3～5mm；横向水平固定尾翼的弦长为100～120mm，翼展为200～220mm；垂直流线型襟翼舵的弦长为150～200mm，翼展为330～440mm；襟翼的弦长为50～70mm，翼展为300～410mm；曲柄机构的各轴直径为3～4mm，长度为50～150mm，曲柄机构固定轴插孔直径为1～1.5mm，固定销直径为1.5～2m；螺旋桨主机固定用流线体长度150～160mm，宽度30～40mm。

优选地，所述滑块式压载的材料为铸铁，重量20～30kg。

本实用新型迫沉水翼采用对称翼型，固定对称布置在主腔体平行中体中心两侧，其两端设有边板；旋转圆柱通过旋转轴固定在翼面前端，旋转轴一端连接迫沉水翼，穿过圆柱中心，另一端与位于主腔体内部的调速电机相连，调速电机通过电机支架固定布置在特殊控制设备舱上部水平隔板上部；通过调速电机控制旋转圆柱的转速及旋转方向，控制上下翼面的边界层，提高迫沉水翼升力。横向水平固定尾翼和普通流线型襟翼舵均采用对称翼型，横向水平固定尾翼位于主腔体尾端，尾翼与主腔体外表面焊接，尾翼的两端分别对称布置流线型襟翼舵，主舵面与横向水平固定尾翼焊接，转动轴贯穿襟翼前端与普通流线型襟翼舵连接，襟翼可绕转动轴转动。襟翼通过由固定轴、传动轴等构成的曲柄结构与位于主腔体内的转动盘相连，转动盘由一伺服电机驱动，实现对襟翼转动角度的控制。

导管螺旋桨对称布置于固定迫沉水翼后方，主机固定设置在前方螺旋桨主机固定用流线体尾端内部，主机控制电缆通过流线体内空腔经迫沉水翼内部空腔至主腔体内部与控制装置相连。通过改变螺旋桨转速和转向能实现拖曳体水平方向姿态和轨迹的调整。

第二设备控制舱在底板上方设有滑杆，一滑块作为重心调整压载可自由在滑杆上滑动，在滑杆两端各设置一吸盘电磁铁，滑杆两端与舱体隔板焊接，通过改变电磁铁的通电量改变其磁性大小以控制滑块的位置，从而改变重心位置。

本实用新型主腔体采用立式方向舵外形，一方面，便于水下操作仪器的布置与安放，另一方面，采用立式结构较大多的柱形主体结构能提供更高的纵摇、横摇阻尼，而同时，采用的大翼展对称布置的迫沉水翼为主体提供了更大的横摇回复力矩，提高拖曳体的自稳性，而主腔体采用的Myring线型具有优良的水动力性能，在主尺度差不多的情况下，能提供较大的浮力且受到的阻力较小，降低了控制器控制的难度，满足拖曳体水下作业自身稳性要求。

本实用新型所利用的前缘旋转转柱型迫沉水翼在普通翼型的基础上，在翼型前端嵌入一可自由绕旋转轴旋转的圆柱，由圆柱旋转，提高了翼面的上下压力差，增大升力或迫沉力，同时也提高了位于翼面后方的螺旋桨的进速，在合理范围内同时增大了螺旋桨的推力。

横向水平固定尾翼与垂直普通流线型襟翼舵均采用对称翼型，横向水平固定尾翼有助于保持拖曳时航向稳定；垂直普通流线型襟翼舵通过控制襟翼的转角实现对拖曳体的水平方向的轨迹、姿态控制垂直流线型襟翼舵增加了拖曳安定性，即使有一个垂尾遭到破坏，不至于发生无法操纵的情况。

本实用新型在主腔体平行中体中部设有控制外部前缘旋转圆柱迫沉水翼前端旋转圆柱的调速电机，在主腔体尾部设有由伺服电机、转盘、曲柄机构构成的垂直流线型襟翼舵襟翼角度控制结构，襟翼舵的襟翼通过曲柄机构与位于主腔体内的转盘相连接，转盘通过伺服电机控制。当伺服电机旋转一定角度时，带动转盘旋转，连接在转盘上的曲柄机构随之运动，从而改变襟翼角度，使得舵面的曲率改变，使拖曳体获得足够的转向力矩。

本实用新型在拖曳体主腔体压载舱底端设有滑杆滑块重心控制机构，利用电磁力差值提供滑块移动力，当两电磁力相等时，滑块保持静止；当两电磁力存在差异时，使得滑块移动。通过调节电磁铁通电量大小改变电磁力，高效精确调整滑块位置以达到调整重心位置的目的，可以与旋转圆柱协同作用从而增大拖曳体横摇阻尼力，调整拖曳时拖曳体姿态。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

(1)操纵灵活性高。本实用新型所展示的由迫沉水翼、横向水平固定尾翼加垂直普通流线型襟翼舵、主舱体两侧的螺旋桨以及位于主舱体内部的机电控制系统所构成的操纵系统。通过改变迫沉水翼前端的旋转圆柱转速与转向便可高效灵活的调整迫沉水翼攻角，达到改变拖曳体垂直方向运动轨迹的目的，在此基础上，辅以双侧螺旋桨的推力方向改变，可以实现定向升沉。同时，在低速情况下，依靠改变双侧螺旋桨转速与转向以及利用尾部伺服电机转动转盘带动曲柄结构改变襟翼角度改变可以稳定且便捷的改变拖曳体行进轨迹；由于存在较大翼展的水平翼(迫沉水翼)，横向水平固定尾翼和位于中部舱体内的重心调节机构协同作用，提高了拖曳体的横向阻尼，可作为减摇机构使用，提高了该拖曳体的自稳性。

(2)姿态调整方法多样。本实用新型具有多种姿态调整装置，通过多种装置之间协同作用，能提高姿态调整效率和效果。通过控制迫沉水翼的转柱的转速与方向，诱导主迫沉水翼等效攻角变化可以实现对水下拖曳体整体的垂直方向的控制，避免了直接改变迫沉水翼攻角，降低了装置操作难度和装置本身成本；圆柱旋转时，不仅改变翼面表面流体流速，也增大了位于迫沉水翼后方的螺旋桨的进速，提高了螺旋桨推力；中部的导管螺旋桨的转速与转向可以实现水平方向的姿态调整；若尾部襟翼失效无转角，则通过改变导管螺旋桨的转向与转速可以调整拖曳体水平方向的姿态与轨迹。通过控制迫沉水翼前端旋转圆柱的转速与转向，同时辅以尾部流线型襟翼舵襟翼偏转一定角度，能实现水平方向的轨迹调整及保持；若两侧迫沉水翼前缘旋转圆柱转向交替相反，同时调节位于主腔体中部的重心调节机构的滑块压载，则能实现横向减摇目的；控制螺旋桨的转速与转向可以实现水平方向的姿态和轨迹调整，同时辅以尾部流线型襟翼舵可以良好的保持和控制水平方向的轨迹和姿态，而通过控制伺服电机旋转角度改变尾部襟翼舵襟翼转动角度，可以快速便捷的改变拖曳体的行进轨迹。

(3)姿态调整适应性可靠度高。由于本实用新型具有多种姿态调整方式，在不同的水下环境工作时，通过操纵这些姿态调整方式，使之充分协调作用，使拖曳体具有应对复杂水下环境的能力；同时若出现一种控制机构失效，通过其他机构也能较好的补偿失效的机构作用，从而保证水下拖曳体自身控制装置可靠度。

(4)良好的拖曳自稳性。在拖曳过程中，由于拖曳体中部的水平固定的迫沉水翼翼展较大，可以很好的保持横向的航行自稳性；同时由于中部设有滑杆滑块，通过电磁铁控制滑块位置，方便快捷，在拖曳过程中可以即时的调整重心位置，能动态地保证拖曳的稳定性；

(5)前缘旋转圆柱型翼的翼效较高。在正常拖曳时，当迫沉水翼前端旋转圆柱不旋转时，其与后方迫沉水翼可形成流线型翼面，作为普通平衡翼使用；当圆柱旋转时，通过电机调整两侧圆柱的转向和转速，旋转圆柱表面形成与圆柱相同转向的旋转边界层，称其为环流，环流与水平来流共同作用产生升力或负升力即迫沉力，诱导迫沉水翼等效攻角变化，在攻角逐渐增大的过程中，前缘旋转圆柱型水翼对翼面的升阻比有明显的提高作用，且此效果随着攻角增大而加强，同时圆柱的旋转加速了迫沉水翼上翼面的流速，减缓了下翼面的流速，(或是加速下翼面流速，减缓上翼面流速，)因而增大了上下翼面压力差，增大升力(或负升力即迫沉力)与此同时，旋转圆柱的存在推迟了迫沉水翼失速现象。两个旋转圆柱转速与转向相反，有助于拖曳体提高横摇阻尼，降低横摇角。利用圆柱旋转代替传统改变迫沉水翼襟翼或喷水侧推的方法改变拖曳体，既易于操作也缩小简化操纵机构。

(6)环境友好度高。由于水下拖曳体有时承担着水下探测、水底考察的工作，螺旋桨所产生的尾流与噪声对拖曳体行经路径中的生物环境存在一定的影响，本拖曳体由于螺旋桨位于迫沉水翼后方，且螺旋桨后方有两对称布置的垂直襟翼舵，能减少尾流扩散范围，同时，螺旋桨被设置在圆筒之中，圆筒充当导管的作用，能在一定程度上提高螺旋桨的推进性能、降低噪声。

附图说明

图1是拖曳体式前缘旋转圆柱型翼带缆遥控水下潜器外形结构侧视示意图；

图2是拖曳体式前缘旋转圆柱型翼带缆遥控水下潜器外形结构俯视示意图；

图3是拖曳体式前缘旋转圆柱型翼带缆遥控水下潜器外形结构前视示意图；

图4-1是拖曳体尾部电磁控制重心调节装置结构侧视图；

图4-2是拖曳体尾部电磁控制重心调节装置结构俯视图；

图5是拖曳体式前缘旋转圆柱型翼带缆遥控水下潜器主舱体分舱示意图；

图6-1是襟翼角度控制装置结构前视图；

图6-2是襟翼角度控制装置结构侧视图；

图6-3是襟翼角度控制装置结构俯视图；

图7是襟翼角度控制装置布置图；

图8-1是襟翼角度控制装置防水布置前视图；

图8-2是襟翼角度控制装置防水布置俯视图；

图中示出：拖曳吊环1、机翼边板2、流线体3、导管螺旋桨4、垂直流线型襟翼舵5、襟翼6、主舱体7、调速电机8、旋转圆柱9、迫沉水翼10、吸盘电磁铁11、横向水平固定尾翼12、曲柄机构13、转盘14、分隔舱板15、滑块式压载16、滑杆17、旋转圆柱转轴 18、水平隔板19、伺服电机20、伺服电机旋转轴21、固定孔22、连接轴23、第一固定销 24、第一构成轴25、第二构成轴26、第二固定销27、第三构成轴28、边板29、方形孔30、密封橡胶块31、横向水平支撑板32，主舱体外板33、浮力舱34、第二设备控制舱35、第三设备控制舱36、压载舱37、第一设备控制舱38。

具体实施方式

为了更好的理解本实用新型，下面结合附图对本实用新型的结构和实施方式进行进一步说明，本实用新型的实施方式包括以下内容但不限于此。

如图1、2、3所示，一种拖曳体式前缘旋转圆柱型翼带缆遥控水下潜器，主要由主舱体7、调速电机8、旋转圆柱9、迫沉水翼10、导管螺旋桨4、电磁控制重心调节装置、垂直流线型襟翼舵5、襟翼6和横向水平固定尾翼12组成；迫沉水翼10采用对称翼型，对称布置在主腔体7前部两侧，迫沉水翼10与主腔体7外表面焊接，两旋转圆柱9关于主腔体7对称设置在迫沉水翼10翼面前端，两旋转圆柱9分别通过旋转圆柱转轴18与位于主腔体7内部的调速电机8相连；迫沉水翼10后端两侧对称设有导管螺旋桨4；优选地，导管螺旋桨4通过流线体3与迫沉水翼10连接；具体是在迫沉水翼10上焊接有一螺旋桨主机固定用流线体3，流线体3内部空腔与迫沉水翼10内部空腔相连为一个整体，在其尾端内部固定有导管螺旋桨主机，导管螺旋主机通过传动轴与导管螺旋桨4的桨叶相连，控制导管螺旋桨4的转速与转向可以实现水平方向的姿态调整。

与迫沉水翼10连接的主腔体7处设有电磁控制重心调节装置；如图4-1、4-2所示，电磁控制重心调节装置由吸盘电磁铁11、滑块式压载16和滑杆17构成；滑杆17两端与主舱体外板33焊接，滑块式压载16与滑杆17活动连接，在滑杆17两端各设置一吸盘电磁铁11，两个吸盘电磁铁11中心位于同一条直线上。

横向水平固定尾翼12设置在主腔体7尾端，横向水平固定尾翼12的两端分别对称布置垂直流线型襟翼舵5；每个垂直流线型襟翼舵5的尾端设有襟翼6，襟翼6采用NACA 对称翼型，转动轴贯穿襟翼6前端与垂直流线型襟翼舵5连接，襟翼6可绕转动轴转动，襟翼6与襟翼角度控制装置连接。垂直流线型襟翼舵5为普通流线型襟翼舵。

优选地，横向水平固定尾翼12和垂直流线型襟翼舵5均采用对称翼型，横向水平固定尾翼12与主腔体7外表面焊接，主舵面与横向水平固定尾翼12焊接，由于垂直流线型襟翼舵5位于导管螺旋桨4后方，能在一定程度上吸收螺旋桨引起的尾流，降低拖曳体对环境生物的影响。

图6-1、6-2、6-3所示，襟翼角度控制装置主要由伺服电机20、伺服电机旋转轴21、转动盘14、曲柄机构13构成，其中曲柄机构13由第一构成轴25、第二构成轴26和第三构成轴28连接构成；伺服电机20被电机支架立式固定在横向水平支撑板32上，横向水平支撑板32两侧焊接在主腔体9内表面，伺服电机20通过伺服电机旋转轴21与转动盘14 连接，伺服电机20旋转带动转动盘14旋转，一根横向水平设置的第一构成轴25一端通过连接轴23与转动盘14相连接，第一构成轴25可绕连接轴23旋转；第一构成轴25的另一端通过第一固定销24与第二构成轴26的一端连接，第二构成轴26的另一端通过第二固定销27与第三构成轴28一端相连，第三构成轴28另一端与襟翼6连接；第二构成轴26中部开有一个固定孔22，一固定轴上下端与横向水平固定尾翼12内壁面焊接，固定轴穿过固定孔22实现对第二构成轴26的平移限制；第一构成轴25和第二构成轴26可绕着销24 转动；第二构成轴26和第三构成轴28可绕着第二固定销27转动。当伺服电机20转动一定角度时，由于连接轴23的连接，带动转动盘14转动，第一构成轴25将随之向左或向右移动，然后推动第二构成轴26绕固定轴转动，从而拉动或推动第三构成轴28移动，第三构成轴28的移动推动或拉动襟翼6绕旋转轴转动，从而实现对襟翼6转动角度的控制。

如图7、8所示，在横向水平固定尾翼12的边板29上开有方形孔30，第三构成轴28穿过橡胶密封块31、方形孔30与襟翼6相连，橡胶密封块31限制第三构成轴28的径向位移，但不限制其轴向位移，且其能轴向旋转，当第三构成轴28径向移动时，将带动橡胶密封块31移动。橡胶密封块31与襟翼边板29相贴，其大小能保证不论第三构成轴28如何移动，均能掩盖方形孔30，以此达到防水的目的。

主腔体7优选采用Myring线形，立式方向舵外形。在主腔体9顶盖前部设置有拖曳吊环1，吊环上布置有4～6个拖曳孔，拖曳孔直径为8～10mm，间距为15～18mm。可依据拖曳要求将拖缆固定在不同的拖曳孔上，同时，顶盖前部还设有缆线孔，缆线孔直径为 30～40mm，位于拖曳吊环1后方，方便工作数据传输用电缆线的伸出与水面上方工作船相连，进行数据传输。

在迫沉水翼10外端设置有机翼边板2，由于机翼边板2的存在，减弱了水翼外端产生的横向绕流，从而减少了自由涡的形成，增大了上下翼面的压力差，提高了升力。

迫沉水翼10采用对称翼型，固定对称布置在主腔体7平行中体中心两侧，与主腔体7 外表面焊接，其旋转圆柱9通过旋转圆柱转轴18固定在翼面前端，旋转圆柱转轴18一端连接迫沉水翼10，穿过圆柱中轴后，一端与位于主腔体7内部的调速电机8相连，调速电机8可控制旋转圆柱9的转速及旋转方向，通过改变旋转方向分别控制上下翼面的边界层，当旋转圆柱9旋转时，若为顺时针旋转，自身会由于马格努斯效应产生向上升力，诱导迫沉水翼10等效攻角改变，同时加速了上翼面的流速，减缓了下翼面的流速，因而增大了上下翼面压力差，增大升力，反之亦然，与此同时，旋转圆柱9的存在推迟了迫沉水翼10失速现象。在正常拖曳时，旋转圆柱9可固定不动，与后方迫沉水翼10构成流线型翼面，作为普通平衡翼使用；旋转圆柱9也可旋转，通过调速电机8调整不同的转向和转速，与来流共同作用产生升力，诱导迫沉水翼10等效攻角变化，从而改变拖曳体姿态；在低速勘探时，提高旋转圆柱9转速，能快速便捷的改变迫沉水翼10攻角，为拖曳体下潜提供迫沉力，上浮提供升力，同时两个旋转圆柱9转速与转向相反，可实现拖曳体提高横摇阻尼，降低横摇角的功能；旋转圆柱9旋转时除了改变翼面表面流体流速外，同时也增大了位于迫沉水翼后方的导管螺旋桨4的进速，提高了导管螺旋桨4推力。

滑块式压载16作为重心调整压载可自由在滑杆17上滑动，在滑杆17两端设置的吸盘电磁铁11分别焊接在主舱体外板上。通过改变吸盘电磁铁11的通电量改变其磁性大小以控制滑块16的位置，当吸盘电磁铁11对滑块式压载16产生的吸引力相等时，滑块式压载 16保持原位不动，缓慢增大一方电磁铁的电磁力，产生吸引力差，从而使得滑块压载16 向着通电量即电磁力大的一方移动，如此达到调整重心从而调整浮态、增大阻尼力的目的。

如图5所示，主腔体7从拖曳体从顶部到底部分隔为三层，分别为浮力舱34、控制设备舱以及压载舱37，控制设备舱由首部到尾部分隔为第一设备控制舱38、第二设备控制舱35和第三设备控制舱36，其中第二设备控制舱35由两块钢质舱室隔板15与其余两舱分隔，同时舱内上下表面有厚度为2mm的钢板贴附，利用静电屏蔽原理消除尾部浮力舱34电磁设备对探测仪器的影响；在第二设备控制舱35内上部设有水平隔板19，其两端与主腔体外板33内表面焊接，在其上焊接电机支架，调速电机8利用电机支架对称固定布置在水平隔板19中点位置；在第二设备控制舱35底部设有电磁控制重心调节装置，当拖曳体出现横摇时，通过改变其两端吸盘电磁铁11的电磁力大小实现对压载滑块16位置的调整从而实现对大倾角横摇现象的即时减弱；在浮力舱34设有襟翼角度控制装置，襟翼6角度利用襟翼角度控制装置控制，通过改变尾部襟翼角度可以实现水平方向姿态调整的保持。

所述水下探测设备包括但不限于化学元素传感器和物理传感器；所述化学元素传感器包括检测水质盐度、氨氮、硝氨磷、PH值的传感器；所述物理传感器包括检测水下光线、声纳、温度、压力等的传感器。

优选地，主腔体7的内部设有设备舱、浮力舱等多个舱室。所述主腔体高度450～500mm，宽度为200～220mm，长度为1300～1400mm，中段平行中体长度为500～600mm。

优选地，两迫沉水翼10的弦长为200～250mm,翼展为500～550mm，迫沉水翼边板尺寸比迫沉水翼前、后端分别突出10～30mm，比迫沉水翼的最大厚度的上、下两端分别突出10～30mm；旋转圆柱9的直径为20～25mm，长度为400～450mm；旋转圆柱转轴18的直径为3～5mm；横向水平固定尾翼12的弦长为100～120mm，翼展为200～220mm。垂直流线型襟翼舵5的弦长为150～200mm，翼展为330～440mm；襟翼6的弦长为50～70mm，翼展为 300～410mm。曲柄机构13的各轴直径为3～4mm，长度为50～150mm，曲柄机构固定轴插孔直径为1～1.5mm，固定销直径为1.5～2m。螺旋桨主机固定用流线体长度150～160mm，宽度30～40mm。

优选地，滑块式压载的材料为铸铁，重量20～30kg，吸盘电磁铁规格可取吸力最大值范围为200～300N。

优选地，伺服电机选用台申电机60B系列，外形尺寸电机直径为50mm。

优选地，导管螺旋桨选用Hi-Flow 400HFS-L。

优选地，两侧的迫沉水翼10的翼型为NACA0020，尾部的横向水平固定尾翼12的翼型为NACA0012，尾部的垂直流线型襟翼舵5的翼型为NACA0018，襟翼翼型为NACA0015。

本实用新型主腔体7采用立式方向舵外形，一方面，便于水下操作仪器的布置与安放，另一方面，采用立式结构较大多的柱形主体结构能提供更高的纵摇、横摇阻尼，而同时，采用的大翼展对称布置的迫沉水翼为主体提供了更大的横摇回复力矩，提高拖曳体的自稳性，而主腔体采用的Myring线型具有优良的水动力性能，在主尺度差不多的情况下，能提供较大的浮力且受到的阻力较小，降低了控制器控制的难度，满足拖曳体水下作业自身稳性要求。

本实用新型迫沉水翼10在普通翼型的基础上，在翼型前端嵌入一可自由绕旋转的旋转圆柱9，由旋转圆柱9旋转，提高了迫沉水翼10翼面的上下压力差，增大升力或迫沉力，同时也提高了位于翼面后方的螺旋桨的进速，在合理范围内同时增大了螺旋桨的推力。

横向水平固定尾翼12与垂直流线型襟翼舵5均采用对称翼型，横向水平固定尾翼12 有助于保持拖曳时航向稳定；垂直流线型襟翼舵5通过控制襟翼6的转角实现对拖曳体的水平方向的轨迹、姿态控制垂直流线型襟翼舵增加了拖曳安定性，即使有一个垂尾遭到破坏，不至于发生无法操纵的情况。

如图1所示，因为相关控制设备、检测探测设备均布置在拖曳体前中部，当拖曳力不足时，容易产生埋首的现象，此时，可使旋转圆柱9转动，两侧旋转圆柱9转向相同，叠加上水平来流，产生升力，诱导迫沉水翼10等效攻角发生改变，从而在翼面上产生升力，使首部升高，减弱首沉现象；若出现尾沉，则改变旋转圆柱旋转方向，两侧转向仍然相同，其旋转产生的旋转边界层叠加上水平来流后，诱导迫沉水翼10等效攻角发生改变，从而产生迫沉力，减弱尾沉现象。

如图2所示，在拖曳工作过程中，若拖曳体姿态稳定，航行轨迹正确，则中部导管螺旋桨4、旋转圆柱9均可停止转动，尾部垂直流线型襟翼舵襟翼6保持初始无偏转状态，此时前缘旋转圆柱9与后方迫沉水翼10共同构成流线型翼面，此时迫沉水翼10充当普通平衡翼使用，增大了横摇阻尼，加强了拖曳体自身的自稳性，滑块式压载16位于滑杆17 中部；若拖曳体出现横摇，则可转动旋转圆柱9，两个旋转圆柱9转向相反，同时配合中部的重心调节机构，使得下倾一侧旋转圆柱9提供升力且滑块压载16向着上扬侧移动，上扬一侧提供负升力，如此往复可增大横摇回复力矩，达到减摇的目的；在拖曳过程中若需要向上运动，增大缆绳拉力，同时可使两侧旋转圆柱9转向相同，旋转圆柱9周围形成与旋转圆柱9转向相同的边界层，称为环流，环流与水平来流同时作用，提供正升力，诱导迫沉水翼10等效攻角改变，同时加速翼面上表面流体流速，降低翼面下表面流速，增大上下翼面压力差，前缘旋转型转柱翼10在攻角超过8度后，旋转圆柱9对后方迫沉水翼10 的升阻比有明显的提高作用；同理，在拖曳过程中，若需要下沉，则减少拖曳力，放缆绳，同时改变旋转圆柱9转向，两侧旋转圆柱9转向仍然相同，此时旋转圆柱9则提供负升力即迫沉力，同时加速翼面下表面的流速，减小翼面上表面的流速，增大上下翼面压力差，使得迫沉水翼提供足够的迫沉力。当进行水下勘探或检测任务时，拖曳体自身依据主腔体中部两侧两个导管螺旋桨4可以产生轴向推力，同时，若改变两侧导管螺旋桨4各自的转向与转速，可以实现拖曳体绕中轴旋转，当右侧螺旋桨正转即产生向前的推力，左侧螺旋桨反转产生向后的推力时，拖曳体可实现向左转向，同时辅以尾部垂直流线型襟翼舵5的襟翼6依靠襟翼角度控制装置向左旋转一定角度以保持此轨迹调整效果，反之，当右侧螺旋桨反转，左侧螺旋桨正转，襟翼6向右旋转一定角度，可以实现并保持向右转向。

本实用新型在主腔体平行中体中部设有控制外部前缘旋转圆柱迫沉水翼前端旋转圆柱的调速电机，在主腔体尾部设有由伺服电机、转盘、曲柄机构构成的垂直流线型襟翼舵襟翼角度控制结构，襟翼舵的襟翼通过曲柄机构与位于主腔体内的转盘相连接，转盘通过伺服电机控制。当伺服电机旋转一定角度时，带动转盘旋转，连接在转盘上的曲柄机构随之运动，从而改变襟翼角度，使得舵面的曲率改变，使拖曳体获得足够的转向力矩。

本实用新型在拖曳体主腔体压载舱底端设有滑杆滑块重心控制机构，利用电磁力差值提供滑块移动力，当两电磁力相等时，滑块保持静止；当两电磁力存在差异时，使得滑块移动。通过调节电磁铁通电量大小改变电磁力，高效精确调整滑块位置以达到调整重心位置的目的，可以与旋转圆柱协同作用从而增大拖曳体横摇阻尼力，调整拖曳时拖曳体姿态。

如上所述，可以很好的实现本拖曳体式前缘旋转圆柱型翼带缆遥控水下潜器的功能。

Claims (10)

1.一种拖曳体式前缘旋转圆柱型翼带缆遥控水下潜器，其特征在于，主要由主舱体、调速电机、旋转圆柱、迫沉水翼、导管螺旋桨、电磁控制重心调节装置、垂直流线型襟翼舵、襟翼和横向水平固定尾翼组成；迫沉水翼采用对称翼型，对称布置在主腔体前部两侧，两旋转圆柱关于主腔体对称设置在迫沉水翼翼面前端，两旋转圆柱分别通过旋转圆柱转轴与位于主腔体内部的调速电机相连；迫沉水翼后端两侧对称设有导管螺旋桨；

与迫沉水翼连接的主腔体处设有电磁控制重心调节装置；所述的电磁控制重心调节装置主要由吸盘电磁铁、滑块式压载和滑杆构成；滑杆两端与主舱体外板连接，滑块式压载与滑杆活动连接，在滑杆两端各设置一吸盘电磁铁，两个吸盘电磁铁中心位于同一条直线上；

横向水平固定尾翼设置在主腔体尾端，横向水平固定尾翼的两端分别对称布置垂直流线型襟翼舵；每个垂直流线型襟翼舵的尾端设有襟翼，襟翼采用NACA对称翼型，襟翼与襟翼角度控制装置连接。

2.根据权利要求1所述的拖曳体式前缘旋转圆柱型翼带缆遥控水下潜器，其特征在于，所述的襟翼角度控制装置主要由伺服电机、伺服电机旋转轴、转动盘、曲柄机构构成，其中曲柄机构由第一构成轴、第二构成轴和第三构成轴连接构成；伺服电机被电机支架立式固定在横向水平支撑板上，横向水平支撑板两侧焊接在主腔体内表面，伺服电机通过伺服电机旋转轴与转动盘连接，一根横向水平设置的第一构成轴一端通过连接轴与转动盘相连接，第一构成轴可绕连接轴旋转；第一构成轴的另一端通过第一固定销与第二构成轴的一端连接，第二构成轴的另一端通过第二固定销与第三构成轴一端相连，第三构成轴另一端与襟翼连接；第二构成轴中部开有一个固定孔，一固定轴上下端与横向水平固定尾翼内壁面焊接。

3.根据权利要求2所述的拖曳体式前缘旋转圆柱型翼带缆遥控水下潜器，其特征在于，在横向水平固定尾翼的边板上开有方形孔，第三构成轴穿过橡胶密封块、方形孔与襟翼相连；橡胶密封块与襟翼边板相贴。

4.根据权利要求1所述的拖曳体式前缘旋转圆柱型翼带缆遥控水下潜器，其特征在于，在迫沉水翼上焊接有一螺旋桨主机固定用流线体，流线体内部空腔与迫沉水翼内部空腔相连为一个整体，在内部空腔尾端内部固定有导管螺旋桨主机，导管螺旋主机通过传动轴与导管螺旋桨的桨叶相连。

5.根据权利要求1所述的拖曳体式前缘旋转圆柱型翼带缆遥控水下潜器，其特征在于，在主腔体顶盖前部设置有拖曳吊环，吊环上布置有4～6个拖曳孔，拖曳孔直径为8～10mm，间距为15～18mm。

6.根据权利要求1所述的拖曳体式前缘旋转圆柱型翼带缆遥控水下潜器，其特征在于，在迫沉水翼外端设置有机翼边板。

7.根据权利要求1所述的拖曳体式前缘旋转圆柱型翼带缆遥控水下潜器，其特征在于，主腔体从拖曳体从顶部到底部分隔为三层，分别为浮力舱、控制设备舱以及压载舱，控制设备舱由首部到尾部分隔为第一设备控制舱、第二设备控制舱和第三设备控制舱，其中第二设备控制舱由两块钢质舱室隔板与其余两舱分隔，同时舱内上下表面有厚度为2mm的钢板贴附；在第二设备控制舱内上部设有水平隔板，其两端与主腔体外板内表面焊接，在其上焊接电机支架，调速电机利用电机支架对称固定布置在水平隔板中点位置；在第二设备控制舱底部设有电磁控制重心调节装置；在浮力舱设有襟翼角度控制装置。

8.根据权利要求1所述的拖曳体式前缘旋转圆柱型翼带缆遥控水下潜器，其特征在于，所述主腔体高度450～500mm，宽度为200～220mm，长度为1300～1400mm。

9.根据权利要求1所述的拖曳体式前缘旋转圆柱型翼带缆遥控水下潜器，其特征在于，所述两迫沉水翼的弦长为200～250mm,翼展为500～550mm，迫沉水翼边板尺寸比迫沉水翼前、后端分别突出10～30mm，比迫沉水翼的最大厚度的上、下两端分别突出10～30mm；旋转圆柱的直径为20～25mm，长度为400～450mm；旋转圆柱转轴的直径为3～5mm；横向水平固定尾翼的弦长为100～120mm，翼展为200～220mm；垂直流线型襟翼舵的弦长为150～200mm，翼展为330～440mm；襟翼的弦长为50～70mm，翼展为300～410mm；曲柄机构的各轴直径为3～4mm，长度为50～150mm，曲柄机构固定轴插孔直径为1～1.5mm，固定销直径为1.5～2m；螺旋桨主机固定用流线体长度150～160mm，宽度30～40mm。

10.根据权利要求1所述的拖曳体式前缘旋转圆柱型翼带缆遥控水下潜器，其特征在于，所述滑块式压载的材料为铸铁，重量20～30kg。

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